29

Принцип симметрии

[20/5%]
Показать
LaTeX
Задача 29.1

Обозначим через w(z)w(z) функцию, конформно отображающую угол {z:0<arg⁡z<π2}\left\{ z: 0 < \arg z < \frac{\pi }{2}\right\} на сектор {w:∣w∣>1,0<arg⁡w<π2}\left\{ w:\left|w\right| > 1,0 < \arg w < \frac{\pi }{2}\right\}, и удовлетворяющую условиям w(1)=1,w(i)=i,w(∞)=∞w(1) = 1, w(i) = i, w(\infty ) = \infty. Отыскав функцию w(z)w(z), убедиться, что она:

?
(1)

конформно отображает область, изображенную на рис. 29.12, на область {w:Im(w)>0,∣w∣>1}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0,\left|w\right| > 1\right\};

Рис. 29.12Рис. 29.12

(2)

конформно отображает область, изображенную на рис. 29.13, на область {w:∣w∣>1}\left\{ w:\left|w\right| > 1\right\}.

Рис. 29.13Рис. 29.13

Задача 29.2

Обозначим через w(z)=w(z;z1,z2,z3)w(z) = w\left(z ; z_{1}, z_{2}, z_{3}\right) функцию, конформно отображающую полукруг {z:∣z∣<1,Im(z)>0}\left\{ z:\left|z\right| < 1, \mathrm{Im}\left(z\right) > 0\right\}, на такой же полукруг в плоскости ww и удовлетворяющую условиям

w(z1)=1,w(z2)=i,w(z3)=−1 w\left(z_{1}\right) = 1, \quad w\left(z_{2}\right) = i, \quad w\left(z_{3}\right) = -1

(точки z1,z2,z3z_{1}, z_{2}, z_{3} лежат на границе полукруга {z:∣z∣<1,Im(z)>0}\left\{ z:\left|z\right| < 1, \mathrm{Im}\left(z\right) > 0\right\}). Установить, каким условиям должны удовлетворять точки z1,z2,z3z_{1}, z_{2}, z_{3}, чтобы функция w(z)w(z) конформно отображала круг {z:∣z∣<1}\left\{ z:\left|z\right| < 1\right\} на:

?
(1)

круг {w:∣w∣<1}\left\{ w:\left|w\right| < 1\right\};

(2)

полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\};

(3)

область, изображенную на рис. 29.14;

Рис. 29.14Рис. 29.14

(4)

область, изображенную на рис. 29.15;

Рис. 29.15Рис. 29.15

(5)

область, изображенную на рис. 29.16;

Рис. 29.16Рис. 29.16

(6)

область, изображенную на рис. 29.17.

Рис. 29.17Рис. 29.17

Задача 29.3

Найти какие-либо функции w(z)w(z), конформно отображающие области, изображенные на рис. 29.18-29.29, на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
(1)

Рис. 29.18Рис. 29.18

(2)

Рис. 29.19Рис. 29.19

(3)

Рис. 29.20Рис. 29.20

(4)

Рис. 29.21Рис. 29.21

(5)

Рис. 29.22Рис. 29.22

(6)

Рис. 29.23Рис. 29.23

(7)

Рис. 29.24Рис. 29.24

(8)

Рис. 29.25Рис. 29.25

(9)

Рис. 29.26Рис. 29.26

(10)

Рис. 29.27Рис. 29.27

(11)

Рис. 29.28Рис. 29.28

(12)

Рис. 29.29Рис. 29.29

Задача 29.4

Найти какую-либо функцию w(z)w(z), конформно отображающую область

{z=x+iy:x2cos⁡2α−y2sin⁡2α>1,x>0} \left\{ z = x+i y: \frac{x^{2}}{\cos ^{2} \alpha }-\frac{y^{2}}{\sin ^{2} \alpha } > 1, x > 0\right\}

(α\alpha — постоянная, 0<α<π/20 < \alpha < \pi / 2) на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
Задача 29.5

Найти какую-либо функцию w(z)w(z), конформно отображающую область

{z=x+iy:y2<2p(x+p2)},p>0 \left\{ z = x+i y: \quad y^{2} < 2 p\left(x+\frac{p}{2}\right)\right\} , \quad p > 0

на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
Задача 29.6

Найти какие-либо функции w(z)w(z), конформно отображающие области, изображенные на рис. 29.30-29.33, на круг {w:∣w∣<1}\left\{ w:\left|w\right| < 1\right\}.

?
(1)

Рис. 29.30Рис. 29.30

(2)

Рис. 29.31Рис. 29.31

(3)

Рис. 29.32Рис. 29.32

(4)

Рис. 29.33Рис. 29.33

Задача 29.7

Найти какую-либо функцию w(z)w(z), конформно отображающую область

{z:z∉[kπi,kπi+i∞](k=0,±1,±2,…)} \left\{ z: z \notin [k \pi i, k \pi i+i \infty ] \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots )\right\}

на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
Задача 29.8

Найти какую-либо функцию w(z)w(z), конформно отображающую область

{z:Im(z)>0,z∉[kπ,kπ+πi](k=0,±1,±2,…)} \left\{ z: \mathrm{Im}\left(z\right) > 0, z \notin [k \pi , k \pi +\pi i] \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, \ldots )\right\}

на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
Задача 29.9

Найти какую-либо функцию w(z)w(z), конформно отображающую область {z:Im⁡>0,z∉[2k,2k+2i],z∉[2k+1,2k+1+i](k=0,±1,…)}\left\{ z: \operatorname {Im} > 0, z \notin [2 k, 2 k+2 i], z \notin [2 k+1,2 k+1+i] \quad (k = 0, \pm 1, \ldots )\right\} на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
Задача 29.10

Найти какие-либо функции w(z)w(z), конформно отображающие области, изображенные на рис. 29.34-29.36, на полуплоскость {w:Im(w)>0}\left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0\right\}.

?
(1)

Рис. 29.34Рис. 29.34

(2)

Рис. 29.35Рис. 29.35

(3)

Рис. 29.36Рис. 29.36

Задача 29.11

Пусть функция f(z)f(z) регулярна при {z:Im(z)>0}\left\{ z: \mathrm{Im}\left(z\right) > 0\right\}, непрерывна при {z:Im(z)⩾0}\left\{ z: \mathrm{Im}\left(z\right) \geqslant 0\right\} и принимает на действительной оси действительные значения. Доказать, что функцию f(z)f(z) можно регулярно продолжить на всю комплексную плоскость.

?
Задача 29.12

Пусть функция f(z)f(z) регулярна при {z:0<Re(z)<1}\left\{ z: 0 < \mathrm{Re}\left(z\right) < 1\right\}, непрерывна при {z:0⩽Re(z)⩽1}\left\{ z: 0 \leqslant \mathrm{Re}\left(z\right) \leqslant 1\right\} и принимает действительные значения на прямых {z:Re(z)=0}\left\{ z: \mathrm{Re}\left(z\right) = 0\right\} и {z:Re(z)=1}\left\{ z: \mathrm{Re}\left(z\right) = 1\right\}. Доказать, что функцию f(z)f(z) можно peгулярно продолжить на всю комплексную плоскость и что функция F(z)F(z), осуществляющая это аналитическое продолжение, удовлетворяет условию F(z+2)=F(z)F(z+2) = F(z).

?
Задача 29.13

Пусть функция f(z)f(z) регулярна при {z:0<Im(z)<1}\left\{ z: 0 < \mathrm{Im}\left(z\right) < 1\right\}, непрерывна при {z:0⩽Im(z)⩽1}\left\{ z: 0 \leqslant \mathrm{Im}\left(z\right) \leqslant 1\right\} и удовлетворяет условиям

Re(f(z))=0(Im(z)=0);Im(f(z))=0(Im(z)=1) \mathrm{Re}\left(f(z)\right) = 0 \quad (\mathrm{Im}\left(z\right) = 0) ; \quad \mathrm{Im}\left(f(z)\right) = 0 \quad (\mathrm{Im}\left(z\right) = 1)

Доказать, что функцию f(z)f(z) можно регулярно продолжить на всю плоскость и что функция F(z)F(z), осуществляющая это аналитическое продолжение, удовлетворяет условию F(z+2i)=−F(z)F(z+2 i) = -F(z).

?
Задача 29.14

Пусть функция f(z)f(z) регулярна в прямоугольнике

{z:∣Im(z)∣<h,0<Re(z)<1}, \left\{ z:\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h, 0 < \mathrm{Re}\left(z\right) < 1\right\} ,

непрерывна в замыкании этого прямоугольника и удовлетворяет условиям

Im(f(z))=0(Re(z)=0,∣Im(z)∣<h);Im(f(z))=1(Re(z)=1,∣Im(z)∣<h) \begin{array}{ll} \mathrm{Im}\left(f(z)\right) = 0 & (\mathrm{Re}\left(z\right) = 0,\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h) ; \\ \mathrm{Im}\left(f(z)\right) = 1 & (\mathrm{Re}\left(z\right) = 1,\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h) \end{array}

Доказать, что функцию f(z)f(z) можно регулярно продолжить на полосу {z:∣Im(z)∣<h}\left\{ z:\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h\right\} и что функция F(z)F(z), осуществляющая это продолжение, имеет вид iz+F1(z)i z+F_{1}(z), где функция F1(z)F_{1}(z) регулярна в полосе {z:∣Im(z)∣<h}\left\{ z:\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h\right\} и периодична с периодом 2.

?
Задача 29.15

Пусть функция f(z)f(z) регулярна в полукольце

{z:ρ<∣z∣<R,Im(z)>0}, \left\{ z: \rho < \left|z\right| < R, \mathrm{Im}\left(z\right) > 0\right\} ,

непрерывна в его замыкании и принимает действительные значения на отрезках (−R,−ρ)(-R,-\rho ) и (ρ,R)(\rho , R). Доказать, что функцию f(z)f(z) можно регулярно продолжить в кольцо {z:ρ<∣z∣<R}\left\{ z: \rho < \left|z\right| < R\right\} до регулярной в этом кольце функции.

?
Задача 29.16

Пусть функция f(z)f(z) конформно отображает прямоугольник {z:∣Re(z)∣<h,∣Im(z)∣<h}\left\{ z:\left|\mathrm{Re}\left(z\right)\right| < h,\left|\mathrm{Im}\left(z\right)\right| < h\right\} на какой-либо круг (или полуплоскость). Доказать, что регулярное продолжение функции f(z)f(z) является функцией, мероморфной во всей плоскости и периодической с периодами 4h4 h и 4ih4 i h.

?
Задача 29.17

Пусть функция f(z)f(z) конформно отображает сектор

{z:∣z∣<1,0<arg⁡z<πn}, \left\{ z:\left|z\right| < 1,0 < \arg z < \frac{\pi }{n}\right\} ,

на треугольник с теми же вершинами 0,1,eπi/n0,1, e^{\pi i / n}, причем таким образом, что эти вершины остаются на месте. Доказать, что функцию f(z)f(z) можно регулярно продолжить в круг {z:∣z∣<1}\left\{ z:\left|z\right| < 1\right\} и что функция F(z)F(z), осуществляющая это аналитическое продолжение, конформно отображает круг {z:∣z∣<1}\left\{ z:\left|z\right| < 1\right\} на правильный 2n2 n-угольник (с центром в точке 0 и одной из вершин в точке 1).

?
Задача 29.18

Доказать, что любое конформное отображение круга на круг (или на полуплоскость) является дробно-линейным отображением.

?
Задача 29.19

Доказать, что не существует функции, конформно отображающей кольцо {z:1<∣z∣<R1}\left\{ z: 1 < \left|z\right| < R_{1}\right\} на кольцо {z:1<∣z∣<R2}\left\{ z: 1 < \left|z\right| < R_{2}\right\}, если только R1≠R2R_{1} \neq R_{2}.

?
Задача 29.20

Пусть функция f(z)f(z) конформно отображает полуплоскость {z:Im(z)>0}\left\{ z: \mathrm{Im}\left(z\right) > 0\right\} на область:

{w:Im(w)>0,0<Re(w)<1,∣w−12∣>12} \left\{ w: \mathrm{Im}\left(w\right) > 0,0 < \mathrm{Re}\left(w\right) < 1,\left|w-\frac{1}{2}\right| > \frac{1}{2}\right\}

Доказать, что регулярное продолжение функции f(z)f(z) приводит к функции F(z)F(z), регулярной во всей расширенной комплексной плоскости с тремя выколотыми точками (прообразы точек 0,1 и ∞\infty).

?